Lua中的环境概念

【前言】

Lua将其所有的全局变量保存在一个常规的table中，这个table称为“环境”。这种组织结构的优点在于，其一，不需要再为全局变量创造一种新的数据结构，因此简化了Lua的内部实现；另一个优点是，可以像其他table一样操作这个table。为了便于实施这种操作，Lua将环境table自身保存在一个全局变量_G中。例如，我们可以使用以下代码打印当前环境中所有全局变量的名称。

for n in pairs(_G) do print(n) end

在你的电脑上运行一下以上代码，看看结果。

【全局变量声明】

在Lua中，全局变量不需要声明就可以直接使用，但是这样违反了编程的大忌，随便使用全局变量，将导致程序的性能，当出现bug时，也很难去发现，同时也污染了程序中的命名。考虑到全局变量也是存放在一个table中，我们则可以通过元表来改变其它代码访问全局变量时的行为，看到了么？又是元表。代码如下：

setmetatable(_G, {
     __newindex = function (_, k)
          error("Attempt to write to undeclared variable " .. k)
     end,
     __index = function (_, k)
          error("Attempt to read undeclared variable " .. k)
     end
})

print(a) -- 这里a就是一个全局变量

而有的时候，我们的确需要定义一个全局变量，那怎么办？还记得我在《Lua中的元表与元方法》这篇文章中写的吗？使用rawset就可以完成，它是不同过元表的，直接设置table的值；同时，为了测试一个变量是否存在，就不能简单的将它与nil比较。因为如果它为nil，访问就会抛出一个错误，同样，我们可以使用rawget来绕过元方法。

【非全局的变量】

由于“环境”这个概念是全局的，任何对他的修改都会影响程序的所有部分。例如：若安装一个元表用于控制全局变量的访问，那么整个程序都必须遵循这个规范。但使用某个库时，没有先声明就使用了全局变量，那么这个程序就无法运行了。

可以通过函数setfenv来改变一个函数的环境。该函数的参数是一个函数和一个新的环境table。第一个参数除了可以指定为函数本身，还可以指定为一个数字，以表示当前函数调用栈中的层数。数字1表示当前函数，数字2表示调用当前函数的函数，以此类推。首先来一小段代码：

a =  -- 这里创建了一个全局变量

-- 将当前环境变量改为一个新的空table
setfenv(, {})
print(a)

运行代码会弹出这样的错误:attempt to call global ‘print’ (a nil value)

print是存放在_G中的，由于我们将当前的环境变量重置为了一个空的table，导致找不到print了，所以就出现了错误。为了防止这样的错误的放生，在我们改变当前的环境变量之前，我们需要保存当前的环境变量。看下面的代码：

a =  -- 这里创建了一个全局变量

-- 将当前环境变量改为一个新的空table
setfenv(, {g = _G})
g.print(a)          -- 输出nil
g.print(g.a)     -- 输出1

这个时候访问g就会得到原来的环境，这个环境中包含了字段print。我们可以使用名字_G来代替g，如下述代码：

a =  -- 这里创建了一个全局变量

-- 将当前环境变量改为一个新的空table
setfenv(, {_G = _G})
_G.print(a)          -- 输出nil
_G.print(_G.a)     -- 输出1

不要忘了我们之前总结的__index元方法，我们可以设置新的环境变量的__index为_G，这样，当在新的环境中找不到对应的变量时，就会去_G中找，这样，就相当于新的环境变量继承了全局的环境变量_G，看以下代码：

a =  -- 这里创建了一个全局变量

local newEnv = {}
setmetatable(newEnv, {__index = _G})

-- 将当前环境变量改为一个新的空table
setfenv(, newEnv)
print(a)

在Lua中，函数会继承创建其的环境，所以一个程序块若改变了它自己的环境，那么后续由它创建的函数都将共享这个新环境。这项机制对于创建名称空间是很有用的。之后的总结中还会继续讲解的。